浅谈模型遥控系统的响应时间(1)

lahori

简单的说，模型系统的响应时间就是控制者发出指令后(拨动摇杆，不管这个指令是正确还是错误，遥控系统都要忠实执行)，经过编码/传输到接受设备上再解码输出指令到舵机的时间。对于遥控这个串行执行的序列器来说这个时间可能不是完全一致的，那么评估一个系统对指令响应的快慢就是最慢的那一次执行的时间，也就是最大响应时间。

我们来看遥控器上最大响应时间由那些因素决定：

首先，控制者摇动摇杆后，由AD转换器来将摇杆运动的模拟电压转换成数字信号，对不同的单片机来讲，一次转换的时间从小于1us到数ms不等，这个时间都远小于通道重复转换的周期，一般来说对PPM信号输出的遥控系统来说，PPM信号50Hz的周期决定了AD转换的周期(即便AD转换周期远高于PPM周期也没有用，相当于采摘下来的苹果没有运输出去烂框里了)。那么最坏的情况下上一个周期的AD转换刚结束时，指令者发出了新指令，那么这个新指令需要等待20ms后才能被AD转换成数字信号，而这个倒霉的指令恰恰又碰上PPM编码刚刚完成而又是最后一个通道的情况，那么，这个倒霉的指令又得等待20ms才完成PPM编码。这下40ms已经过去了，PPM编码可以直接调制RF模块，无线电波飞一般的速度飞向接收机，接收机将解调后的脉冲分配输出到舵机，这个延时可以忽略不计。。。
至此我们知道PPM最大的延时是40ms(理论值，不包括单片机软件PPM解码的接收机，软件PPM解码的接收机还需要加上一个舵机PWM周期的延时，一般是20ms)

原厂的PCM模块的最大延时等同于软件解码的PPM接收机，理论值为60ms

在一些换了第三方的2.4G模块的PPM发射机上，这个延时会更加突出，因为2.4G模块需要捕获PPM的同步脉冲，需要增加4ms，编码发射时间可以忽略，接收机解码时间可以忽略，当然通PPM一样，也需要一个舵机PWM周期的延时，一般是20ms

所以在第三方PPM转换2.4G的模块上最大延时时间是64ms。

当然上述的系统中理论上的这个最大延时是可以改进的，但是改进有限，比如把舵机的PWM周期提高到5ms，那么软解PPM/PCM/第三方2.4G系统的最大延时都可以减少15ms，Multiplex的遥控器把没有使用的通道不做发射处理，相当于缩短了PPM的周期，也能有限的改善延时


我们对最大响应时间(理论上，实际要大于这个数值)来列个表

PPM                    40ms
PPM软解                60ms
PCM                    60ms(最极端的情况，无校验数据)
PPM转2.4G              64ms

[ 本帖最后由 lahori 于 2010-11-3 20:49 编辑 ]

gundamjr3810

顶！期待继续更新。。

原生2.4G和外置高频头的控速度差距就在这里吧。

冰寒

学习了
国际惯例坐沙发

lahori

原文中PCM的数据不太严谨已修改，由于10KHz带宽的限制，PCM的码片的周期不会小于200us，加上校验码，解码的时间已经不能忽略，这里只考虑最极端无校验码的情况。。。呵呵

想飞的木头

学问大啊

youlan

太专业了

全心全意

顶啊。很专业。下面对于原生2.4G（不是PPM转2.4G）做一些补充

对于原生2.4G，根据厂家的宣称可以做到很快，到底多快呢。

从网上资料看，采用扩频（DSSS）通信的是我们的首选，找了一些芯片资料，DSSS的通信是宽带通信，一个信道占用1Mhz的带宽，可以买的到的芯片基本上能做到250Kbps，DSSS的帧数据比较多：包括前导数据、SOP数据(8byte)、有效数据(16byte)、CRC16，传输一帧的数据能做到1.5ms以内，这个速度绝非标准PPM能做到的。当然，相对我们的无线网卡，路由器来说，还真是小巫见大巫。

对于原生2.4G，速度的瓶颈在遥控器的数据采集（ADC）、数据处理（转换、混控....）、DSSS通信的应用、接收机处理、接收机的PWM周期

对于ADC和数据处理不再多讲，跟LZ一样。

对于DSSS通信应用，每个厂家就算是使用一样的DSSS RF芯片，作出来的效果也不一样。何况现在都是DSSS+跳频方式，如何跳、同步、容错.....等等，都是千差万别。从芯片资料上看，信道切换（跳频）小则数百us(微妙)，多则1个毫秒(1ms),跳频的信道越多，延迟时间会有所增加，但是不会太离谱。这个环节，估计就是3ms左右吧，

2.4G RF芯片与遥控器CPU之间一般是SPI接口，速度都以Mhz为单位，延迟速度忽略不计，要记的话也是几十微妙级别。

下面再看看接收机，标准的接收机输出的是20ms周期的PWM信号，有效信号宽度（PWM的高电平）在1.0ms-2.0ms之间变化，为了保证标准的兼容性，20ms周期是多数厂家所遵循的。当然还有5ms的接收机。在遵循标准PWM信号前提下，接收机的反应时间不会小于20ms，再加上接收机数据处理，估计最快反应速度在22-30ms之间。

原生2.4G就是省去了中间环节的PPM和PCM周期。如果配以高速接收机（主要是PWM周期小）可以极大提高反应速度。

原理上，原生2.4G不是吹嘘的！再次建议大家：一定要用DSSS+跳频的，好处多多，当然芯片价格也偏高。

[ 本帖最后由 全心全意 于 2010-11-4 09:24 编辑 ]

铜河

学习了~~~~~~~

lahori

呵呵，文章还没看完就火急火燎的跳出来托。。。看把你急的。。。！

托儿和砖家的区别是托儿专拣好的说。。。砖家和专家的区别就是板砖伺候。。。:em15:

我这里谈的是遥控系统的响应速度，系统的性能由最短的短板决定。。。你却跳出来只谈你家的射频模块好，就是好。。。呵呵，符合上面关于托儿的定义。。。

其它你上面说的，我在(2)里已经替你说了。。。

[ 本帖最后由 lahori 于 2010-11-4 17:19 编辑 ]

JimmyZ

我实测过AR6200的舵机信号输出, 是45hz的, 我怀疑这个就是22ms延迟的数据由来

lahori

原帖由 JimmyZ 于 2010-11-4 18:35 发表
我实测过AR6200的舵机信号输出, 是45hz的, 我怀疑这个就是22ms延迟的数据由来

Spektrum DX6   |AR6000  |59 | 63| 80.6| 88.6| 72.8
Spektrum DX6i  |AR7000  |23 | 25| 47.6| 49.6| 35.74
Spektrum DX7   |AR7000  |14 | 16| 36  | 40  | 27.5
Spektrum DX7   |AR6100  |14 | 16| 36  | 40  | 27.5
Spektrum DX7   |AR6000  |31 | 35| 53  | 61  | 45
Spektrum DX7SE |        |12 | 13| 20  | 22  | 17

看这组数据，第3组和第4组   AR7000和AR6100性能一样，发射端一样；
            第2组和第3组   接受端一样，接受端性能却不一样。

可不可以这样认为，这个性能是由发射端主导的。。。我个问题我在(3)会涉及到。。。

JimmyZ

厂商公布的延迟跟上面那种实测的完全不是一回事...

coconut

学习了！

yhybear

:em15:

顺德金城武

:em01: :em01: :em01:

michaelxue

顶！

风之纹章

呵呵，人手的速度要比这慢多了，忽略。人脑反映也慢，忽略，眼睛-人脑-手上的反映更慢，相对遥控器的反映而言，遥控器速度慢可以忽略。
我是老菜鸟，没有计划dao dan打卫星，我对遥控器反映快慢没反应。

:em15: :em15: :em15: 楼下不要笑话啊。

hby259

学习